Legura na bazi nikla (Incoloy 800 N08800) otporna na visoke temperature i otpornost na koroziju
1. Uvod
Incoloy 800 legura je legura na bazi željeza; sadrži veliku količinu Ni, Cr i malu količinu Si, Mn, Cu, Al, Ti. Ima visoku otpornost na visoke temperature, a također ima dobru otpornost na oksidaciju, otpornost na karburizaciju i otpornost na propusnost. Svojstva sumpora. Visok sadržaj Cr i Ni osigurava dugotrajnu stabilnost u korozivnim sredinama. Puknuta cijev peći za sirovi benzin od legure 800 korištena u postrojenju za preradu vodika 150,000 sati
(17 godina) kasnije, pretrpio je samo manju koroziju i još uvijek ima dobra mehanička svojstva.
U Sjedinjenim Američkim Državama i drugim zemljama, legura 800 postala je standardni strukturni materijal za visoke temperature. Ova je legura savršeno prikladna za upotrebu u širokom rasponu uvjeta i, kao rezultat toga, ovaj se materijal posljednjih godina intenzivno koristi u mnogim visokotemperaturnim sustavima. Glavni fokus u Sjedinjenim Državama bio je na primjenama u naprednim sustavima za pretvorbu energije, posebno onima koji se odnose na izgaranje ugljena i rasplinjavanje, s različitim rezultatima u rasponu od uspjeha do neočekivanog neuspjeha zbog suše. U gotovo svim slučajevima problem nastaje zbog korozije ubrzane sumporom.
Čini se da je sulfidacija glavna točka problema koja ograničava široku upotrebu ove legure. Uvjeti za pouzdanu upotrebu ove legure još nisu jasni. Svrha ovog članka je pregledati podatke o ponašanju legure 800 u atmosferama koje sadrže sumpor i procijeniti potencijal legure 800 da se odupre sulfidacijskoj koroziji. Ograničenja, štoviše, upućuju na okolišne i materijalne čimbenike koji utječu na ponašanje, kao i na područja na kojima je potrebno dodatno raditi.
2. Antioksidansi
Većina primjena legure Incolog 800 u atmosferama u kojima može doći do sumporenja i korozije pripada jednoj od sljedeće tri atmosfere: (1) prerada nafte, (2) rasplinjavanje ugljena i (3) izgaranje fosilnih goriva. Glavna razlika između svake atmosfere je aktivnost kisika, temperatura i tlak, ali neke komponente atmosfere su djelomično iste i ne postoje uvijek očite razlike. Ispod su prošli i sadašnji rezultati ispitivanja legure 800 u raznim područjima, uključujući procjene traka za ograničenu upotrebu koje zahtijevaju bolju izvedbu.
2.1 Prerada nafte
Uvjeti uporabe u naftnoj industriji su: niska temperatura, a atmosfera sadrži vodik, ugljikovodike, ugljikove okside i paru koja sadrži male količine HS u tragovima. Ova vrsta atmosfere obično sadrži<1% HS (generally less than 100ppm) and very low activity hydrogen, and the temperature generally does not exceed 650°C. Over the years, people have intermittently revealed the behavior of many high-temperature alloys in H2/HS environments: Such as Soreu and Hogt in 1956, Backensto et al. in 1958 and 1956, Mcoy and Hamel in 1971. Based on reported information, a summary of the relationship between sulfidation corrosion of 800 alloy and temperature, pressure and HS content (data combined with laboratory and factory results.)
Brzina korozije uvelike ovisi o temperaturi i neosjetljiva je na sadržaj HS i ukupni tlak. Kada atmosfera sadrži 0.02% HS, u leguri 800 pojavit će se sulfidacijska korozija. Nitko još nije raspravljao o učinku koncentracije peroksigena, ali se može zaključiti da aktivnost kisika mora biti prilično niska kako bi sulfid postao stabilno stanje u ravnoteži s plinovitom fazom, što je dokazano rendgenskom difrakcijskom analizom površinski oksid.
Čini se da se zaključak da brzina vulkanizacije nije osjetljiva na koncentraciju HS može proširiti i na slučaj čistog HS. Burns je proučavao reakciju legure 8 u čistom HS pri 101,3 kPa. Brzina korozije na 593 stupnja je 1,194 mm/godišnje. U ovom trenutku, koncentracija HS je 2 reda veličine niža od koncentracije na odgovarajućoj temperaturi u Tablici 1, a sila je samo polovica odgovarajuće temperature, što je u oštrom kontrastu s ekstrapoliranim podacima u Tablici 1. Provjerio je utjecaj pregrijavanja na brzinu korozije. Brzina korozije pod čistim HS na 650 stupnjeva bila je 3,48 mm/godišnje. Uzorak je ozbiljno vulkaniziran unutar 12 sati na 774 stupnja i potpuno uništen na 982 stupnja.
Prema dobivenim podacima, kada se legura 800 koristi u atmosferi koja sadrži širok raspon HS komponenti od nekoliko ppm do 100% HS, neće biti očite sulfidne korozije ispod 538 stupnjeva, a otpad čini se da je stopa korozije (0,408 mm/godina) viša od 538 stupnjeva i da sadrži 1% ili više H, S atmosfere. Međutim, nema podataka o brzini korozije u atmosferama koje sadrže male ili tragove HS iznad 538 stupnjeva. Treba postojati kritična granična točka ispod koje neće doći do korozije zbog termodinamičke stabilnosti sulfidne faze. Fazno stabilno sučelje (metal/metalni sulfid) Fe, Ni, Cr i Mn kao funkcija temperature i omjera HS/H prikazano je na slici 1. Ako je omjer HS/-H2 manji od 10~3, Fe i Ni neće stvarati stabilne sulfide iznad 760 stupnjeva. Čak i ako se formiraju sulfidi Fe i Ni, uzrokujući brzu koroziju legure 800, ona još uvijek može održati dobre performanse u uvjetima višim od 760 stupnjeva i koncentracijom HS u H manjoj od 1000 ppm.
S druge strane, ako su Cr i Mn sulfidi formirani unutarnjim ili vanjskim sulfidom, koji potiče brzu koroziju legure, može se vidjeti na slici 1 da je maksimalni sadržaj sumpora bez reakcije 1 ppm do 1 ppb. Budući da nema kinetičkih podataka o reakciji u niskim koncentracijama HS, teško je prosuditi čimbenike kontrole i granice reakcije. Rao i Nelson proučavali su reakciju nehrđajućeg čelika 310 (25Cr, 20Ni, preostali Fe) u atmosferi s tlakom od 1,5×10-4 Nm-² i parcijalnim tlakom sumporne pare od 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS /H je ekvivalentan 2,71×10-³ (2700×10- stupnjeva HS). Otkrili su da su formirani samo Fe i Cr sulfidi tipa spinela, što je u skladu s podacima na slici 1. Ni sulfid je nestabilan u ovim uvjetima, dok je sulfid Fe i Cr spinel tipa stabilan.
Prema mjerenju Raoa i Nelsona, brzina reakcije je vrlo brza, a dobitak težine nakon 100 sati je vrlo velik, ekvivalentan 115 mg/cm². To znači da HS/H koji je dopušten za rad mora biti znatno ispod 2700 ppm. Vjeruje se da se legura Incoloy800 ponaša vrlo slično. Trenutno razumijevanje nije dovoljno za određivanje stvarnog ponašanja legure 800 u atmosferi s visokom temperaturom i niskom koncentracijom sumpora. Potrebno je proučiti odnos između maksimalnog sadržaja i temperature pod dobrom otpornošću na koroziju. Ovo je očito važno istraživanje koje dovodi do pouzdanije primjene ove legure. polje.
There are two ways to increase the operating temperature in petrochemical atmospheres with high sulfur content: one is to adjust the alloy composition to reduce the vulcanization speed, and the other is to adjust the gas composition to form a protective oxide film on the alloy surface. Strafford et al. synthesized the effects of alloy elements on sulfidation. The results showed that there is little hope of greatly reducing the sulfide corrosion rate by adjusting the alloy composition. It is questionable whether a small amount of additives in the matrix can form an anti-sulfide barrier layer. A large amount of The additives will result in the formation of a new alloy rather than modifying the 800 alloy. A more feasible method is to modify the alloy to form a protective oxide film in an atmosphere with very low oxygen concentration. As shown in Figure 1, to form a chromium oxide film, it is required that HO/H>1ppm at 650℃, and at 982 ℃HO/H>100 ppm modificirana legura s dodatkom Al formira A12O3 zbog selektivne oksidacije, a oksidni film također se može formirati u atmosferi s izuzetno niskom koncentracijom kisika kao što je logPH2o/PH2 od -9~-10.
Burns je proučavao ponašanje Al-modificirane 800 legure u čistoj HS atmosferi. Dodavanjem {{10}}.25%, 2% i 4% Al, stopa korozije pala je s 1,175 na 0.725, 0.175~0,25 i 0,075 ~0,15 mm/godišnje na 593 stupnja. To može biti posljedica selektivne oksidacije Al u atmosferi s vrlo niskom aktivnošću kisika kako bi se stvorio zaštitni oksidni film. Kako bi se postigao bolji zaštitni učinak, količina dodanog A1 je najmanje 4%, što je isto kao i Al potreban za Fe--Cr-Ni-Al i Fe-Cr-Al legure za stvaranje A1 zaštitni film u atmosferi rasplinjavanja ugljena s niskom koncentracijom kisika. Sadržaj je dosljedan.
Druga metoda, a to je povećanje aktivnosti kisika u atmosferi i stvaranje zaštitnog filma krom oksida na leguri 800, je izvedivija, ali to može biti ograničeno procesom ili sustavom. Za postizanje ove svrhe učinkovitije je dodavanje male količine pare ili CO. Clayton je otkrio da je 800 cijevi od legure u peći za krekiranje etilena korišteno u benzinu i pari s nižom aktivnošću sumpora na temperaturi od 704 stupnja. Do sulfidne korozije nije došlo do godinu dana kasnije. Naprotiv, u paru su dodane količine natrija u tragovima. Uništit će zaštitni oksidni film, što će dovesti do sulfidne korozije, a korozija će biti ozbiljna za samo tri mjeseca.
